Chế tạo cực anốt trơ có độ bên cao để xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp điện hóa
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.11 MB, 259 trang )
BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC 02
BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
“CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC ANÔT TRƠ CÓ ĐỘ BỀN CAO
ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HOÁ”
MÃ SỐ: KC.02.04/06-10
Chủ nhiệm đề tài: Cơ quan chủ trì đề tài:
TS. Nguyễn Ngọc Phong PGS.TS. Nguyễn Quang Liêm
Ban chủ nhiệm chương trình Bộ Khoa học và Công nghệ
(ký tên) (ký tên và đóng dấu khi gửi lưu trữ)
GS.TSKH. Thân Đức Hiền
8188
HÀ NỘI - 2010
1
VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU
__________________
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Hà Nội, ngày tháng năm 2010
BÁO CÁO THỐNG KÊ
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. THÔNG TIN CHUNG
1. Tên đề tài: Chế tạo điện cực anôt trơ có độ bền cao để xử lý nước thải
công nghiệp bằng phương pháp điện hoá.
Mã số đề tài: KC.02.04/06-10
Thuộc:
- Chương trình (tên, mã số chương trình): Khoa học và Công
nghệ trọng điểm cấp Nhà nước, Mã số KC.02/06-10
2. Chủ nhiệm đề tài:
Họ và tên: Nguyễn Ngọc Phong
Ngày, tháng, năm sinh: 12/5/1955 Nam/ Nữ: Nam
Học hàm, học v
ị: Tiến sĩ
Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên chính Chức vụ: Trưởng
phòng
Điện thoại: Tổ chức: 0437563037 Nhà riêng: 037166205 Mobile:
0904113425
Fax: 047563037 E-mail:
Tên tổ chức đang công tác: Viện Khoa học Vật liệu
Địa chỉ tổ chức: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
Địa chỉ nhà riêng: Số 3/41/10 Đường Hồng Hà, Ba Đình, Hà Nội
3. Tổ chức chủ trì đề tài:
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Viện Khoa h
ọc Vật liệu
Điện thoại: 0437564129 Fax: 0438360705
E-mail:
2
Website:
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Nguyễn Quang Liêm
Số tài khoản: 931.01.061
Ngân hàng: Kho bạc Nhà nước Ba Đình, Hà Nội
Tên cơ quan chủ quản đề tài: Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án:
- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 5 năm 2007 đến tháng 5 năm
2009
- Thực tế thực hiện: từ tháng 5 năm 2007 đến tháng 9 năm 2009
- Được gia hạn (nếu có):
- Lần 1 từ tháng 5 năm 2009 đến tháng 9 năm 2009
- Lần 2 ….
2. Kinh phí và sử dụng kinh phí:
a) Tổng số kinh phí thực hiện: 1600 tr.đ, trong đó:
+ Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 1600 tr.đ.
+ Kinh phí t
ừ các nguồn khác: ……………….tr.đ.
b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH:
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Thời gian
(Tháng,
năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Thời gian
(Tháng, năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Ghi chú
(Số đề nghị
quyết toán)
1 21/5/2007 485
2 13/3/2008 209
3 15/7/2008 488
4 6/2009 292
5 23/12/2009 126
3
c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:
Đối với đề tài:
Đơn vị tính: Triệu đồng
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Nội dung
các khoản chi
Tổng SNKH Nguồn
khác
Tổng SNKH Nguồ
n
khác
1 Trả công lao động
(khoa học, phổ
thông)
664 664 654 654
2 Nguyên, vật liệu,
năng lượng
727 727 721 721
3 Thiết bị, máy móc 169 169 165,9 165,9
4 Xây dựng, sửa
chữa nhỏ
20 20 20,494 20,494
5 Chi khác 193 193 193 193
Tổng cộng 1600 1600 1580,9 1580,9
- Lý do thay đổi (nếu có):
3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:
(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét
chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu
có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)
Số
TT
Số, thời gian ban
hành văn bản
Tên văn bản Ghi chú
1 Số 2090/QĐ-
BKHCN ngày 22
tháng 9 năm 2006
Quyết định phê duyệt Chủ
nhiệm, Cơ quan chủ trì và kinh
phí đề tài
2 Số 1488/QĐ-
BKHCN ngày 20
tháng 7 năm 2007
Quyết định về việc điều chỉnh
thời gian thực hiện đề tài
3 Số 04/2006/HĐ-
ĐTCT-KC.02/06-
10
Hợp đồng nghiên cứu khoa học
và phát triển công nghệ
4 Số 748/QĐ-
BKHCN ngày 06
tháng 5 năm 2009
Quyết định về việc điều chỉnh
thời gian thực hiện của đề tài
KC.02.04/06-10
5 Số Quyết định về việc điều chỉnh
4
kinh phí
6 Số 275/CV-KHVL
ngày 30 tháng 3
năm 2009
Đơn đề nghị chỉnh dự toán
kinh phí và thời gian thực hiện
đề tài KC.02.04/06-10
7 Số 428/CV-KHVL
ngày 19 tháng 5
năm 2009
Đơn giải trình chỉnh dự toán
kinh phí đề tài KC.02.04/06-10
4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:
Số
TT
Tên tổ chức
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên tổ chức
đã tham gia
thực hiện
Nội dung
tham gia chủ
yếu
Sản phẩm
chủ yếu đạt
được
Ghi
chú*
1 Phân Viện
Công nghệ
mới và bảo vệ
môi trường
Phân Viện
Công nghệ
mới và bảo
vệ môi
trường
- Nghiên cứu
quá trình
phân huỷ các
chất hữu cơ
gây nổ TNT,
TNR, NG
trên các anôt
trơ chế tạo.
- Đưa ra quy
trình xử lý
nước thải
chứa các chất
gây nổ và thử
nghiệm áp
dụng tại Nhà
máy Z121
Các báo cáo
chuyên đề
và quy trình
xử lý nước
thải ch
ứa
các chất hữu
cơ gây nổ
2 Nhà máy
Z121
Nhà máy
Z121
Áp dụng dây
chuyền xử lý
nước thải
Nước thải
đạt tiêu
chuẩn loại B
- Lý do thay đổi (nếu có):
5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:
(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp,
không quá 10 người kể cả chủ nhiệm)
5
Số
TT
Tên cá nhân
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên cá nhân
đã tham gia
thực hiện
Nội dung tham
gia chính
Sản
phẩm
chủ yếu
đạt được
Ghi
chú*
1 TS. Nguyễn
Ngọc Phong
TS. Nguyễn
Ngọc Phong
Điều hành
chung, chế tạo
điện cực
Báo cáo
tổng kết
2 TS. Lê Thị
Hồng Liên
KS. Đỗ Chí
Linh
- Đánh giá các
tính chất điện
hoá của anôt
- Khảo sát quá
trình ôxy hoá
phenol
- Nghiên cứu
ảnh hưởng của
các biện pháp xử
lý bề mặt nền
titan
Báo cáo
chuyên
đề
3 KSC. Hoàng
Thị Bình
KS. Phạm
Hồng Hạnh
- Chế tạo điện
cực anôt
- Khảo sát tính
chất điện hoá
của phenol,
chlorophenol
Mẫu, sản
phẩm,
báo cáo
chuyên
đề
4 KS. Đỗ Chí
Linh
ThS. Ngô
Ánh Tuyết
- Đánh giá độ
bền của anôt
- Phân tích sản
phẩm điện phân,
COD
Báo cáo
chuyên
đề
5 TS. Phạm Thy
San
TS. Phạm Thy
San
Đánh giá tính
chất bề mặt anôt
SEM, X-ray
Báo cáo
chuyên
đề
6 GS. Đỗ Ngọc
Khuê
GS. Đỗ Ngọc
Khuê
Chủ trì đề tài
nhánh, điều hành
chung
Báo cáo
đề tài
nhánh
7 TS. Nguyễn
Văn Đạt
ThS. Thế Gia
Trang
Khảo sát quá
trình khử catôt
các chất nhạy nổ
Báo cáo
chuyên
đề
8 CN. Đỗ Bình
Minh
ThS. Đỗ Bình
Minh
- Khảo sát quá
trình ôxy hoá các
amin thơm sau
Báo cáo
chuyên
đề
6
khi khử catôt
- Phân tích sản
phẩm điện phân
9 ThS. Tô Văn
Thiệp
ThS. Tô Văn
Thiệp
- Khảo sát quá
trình ôxy hoá các
chất nhạy nổ trên
các loại anôt
- Thiết kế, lắp
đặt dây chuyền
xử lý nước thải
tại Z121
Báo cáo
chuyên
đề, dây
chuyền
xử lý
nước thải
10 KS. Trần
Tuấn Anh
KS. Vũ
Quang Bách
Khảo sát ôxy
hóa trực tiếp các
chất nhạy nổ
Báo cáo
chuyên
đề
- Lý do thay đổi ( nếu có):
6. Tình hình hợp tác quốc tế:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh
phí, địa điểm, tên tổ chức
hợp tác, số đoàn, số lượng
người tham gia )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh
phí, địa điểm, tên tổ chức
hợp tác, số đoàn, số lượng
người tham gia )
Ghi
chú*
1 - Nội dung: Trao đổi kinh
nghiệm về công nghệ chế tạo
anôt trơ
- Thời gian: 5 ngày
- Kinh phí: 20 tr. đồng
- Tên tổ chức: Viện nghiên
cứu vật liệu Hàn Quốc
- Số người: 02
- Nội dung: Trao đổi kinh
nghiệm về công nghệ chế tạo
anôt trơ
- Thời gian: 5 ngày
- Kinh phí: 20 tr. đồng
- Tên tổ chức: Viện nghiên
cứu vật liệu Hàn Quốc
- Số người: 02
2 - Nội dung: Trao đổi kinh
nghiệm về công nghệ chế tạo
anôt trơ
- Thời gian: 7 ngày
- Kinh phí: 50 tr. đồng
- Tên tổ chức: Viện nghiên
cứu kim loại, Viện hàn lâm
KH Trung Quốc
- Số người: 02
Không thực hiện được.
7
- Lý do thay đổi (nếu có): Do phía bạn không bố trí được thời gian theo đề
nghị vào 10/2008.
7. Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh
phí, địa điểm )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian,
kinh phí, địa điểm )
Ghi chú*
1 Hội thảo về anôt trơ, các
phương pháp xử lý nước thải
2007, Viện Khoa học Vật
liệu.
Tổng quan về anôt trơ và
các phương pháp xử lý
nước thải.
18/12/2007 tại Phân Viện
CNM&BVMT
2 Một số kết quả nghiên cứu
về anôt trơ 2007.
Một số kết quả nghiên cứu
về anôt trơ và xử lý nước
thải chứa TNT, TNR
12/2/2008 tại Viện KHVL
3 Một số kết quả nghiên cứu
về các phương pháp xử lý
nước thải 2008.
Ôxy hoá phenol,
chlorophenol, TNT, NG
18/5/2008.
4 Một số kết quả nghiên cứu Một số nghiên cứu về anôt
trơ IrO
2
, ôxy hoá trực tiếp
TNR, NG 24/7/2008 tại
Phân Viện CNM&BVMT.
5 Một số kết quả nghiên cứu Báo cáo về xử lý ôxy hóa
phenol, chlorrophenol;
14/5/2009 tại Viện KHVL
- Lý do thay đổi (nếu có):
III. SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN
1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:
a) Sản phẩm Dạng I:
Số
TT
Tên sản phẩm và chỉ tiêu chất
lượng chủ yếu
Đơn
vị đo
Số
lượng
Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
1 Hệ anôt trơ Ti/RuO
2
-IrO
2
-TiO
2
:
- Điện thế anôt ở mật độ dòng
6.000 A/m
2
(trong dung dịch
280 g/l NaCl)
m
2
V
5
1,45 V
190
5
1,41 –
1,50
150-170
8
- Tổn hao trọng lượng điện cực
(200g/l NaOH ở i = 1 A/cm
2
)
mg/m
2
.h mg/m
2
.h
2 Hệ anôt trơ Ti/IrO
2
-TiO
2
-Sb
2
O
5
-
SnO
2
:
- Quá thế thoát ôxy ở 10
mA/cm
2
trong 0,5M H
2
SO
4
- Mật độ dòng làm việc (ôxy
hoá các chất hữu cơ)
m
2
mV
5
630 mV
2.000
A/m
2
5
630-700
2.000
A/m
2
3 Dây chuyền công nghệ xử lý
nước thải công nghiệp nhiễm
TNT, TNR, NG sử dụng anôt
trơ Ti/RuO
2
-IrO
2
-TiO
2
:
- Công suất
- Nước thải đạt TCVN
Dây
chuyền
phòng thí
nghiệm.
7m
3
/ngày
loại B
7m
3
/ngày
loại B
4 Dây chuyền công nghệ xử lý
nước thải công nghiệp nhiễm
thuốc nhậy nổ sử dụng anôt trơ
Ti/IrO
2
-TiO
2
-Sb
2
O
5
-SnO
2
- Công suất
- Nước thải đạt TCVN
Dây
chuyền
phòng thí
nghiệm.
7m
3
/ngày
loại B
7m
3
/ngày
loại B
- Lý do thay đổi (nếu có):
b) Sản phẩm Dạng II:
Yêu cầu khoa học
cần đạt
Số
TT
Tên sản phẩm
Theo kế hoạch Thực tế
đạt được
Ghi chú
1 Quy trình công nghệ chế
tạo điện cực anôt trơ
Ti/RuO
2
-IrO
2
-TiO
2
Mật độ dòng
hoạt động đến
5.000A/m
2
Mật độ dòng
hoạt động đến
5.000A/m
2
2 Quy trình công nghệ chế
tạo điện cực anôt trơ
Ti/IrO
2
-TiO
2
-Sb
2
O
5
-
SnO
2
Quá thế thoát
ôxy cao đến
630 mV
Quá thế thoát
ôxy cao đến
630 mV
3 Quy trình công nghệ xử
lý nước thải nhiễm TNT,
TNR, NG sử dụng anôt
trơ bằng phương pháp
điện phân trong điều
Nước thải sau
khi xử lý đạt
tiêu chuẩn loại
B, hiệu suất
cao hơn khi sử
Nước thải sau
khi xử lý đạt
tiêu chuẩn loại
B, hiệu suất
cao hơn khi sử
9
kiện có màng ngăn dụng điện cực
graphit
dụng điện cực
graphit
4 Quy trình công nghệ xử
lý nước thải nhiễm TNT,
TNR, NG sử dụng anôt
trơ bằng phương pháp
điện phân trong điều
kiện không có màng
ngăn
Nước thải sau
khi xử lý đạt
tiêu chuẩn loại
B, hiệu suất
cao hơn khi sử
dụng điện cực
graphit
Nước thải sau
khi xử lý đạt
tiêu chuẩn loại
B, hiệu suất
cao hơn khi sử
dụng
điện cực
graphit
- Lý do thay đổi (nếu có):
c) Sản phẩm Dạng III:
Yêu cầu khoa học
cần đạt
Số
TT
Tên sản phẩm
Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Số lượng,
nơi công bố
(Tạp chí, nhà
xuất bản)
1 Bài báo và báo cáo khoa
học
05 07
2
- Lý do thay đổi (nếu có):
d) Kết quả đào tạo:
Số lượng
Số
TT
Cấp đào tạo, Chuyên
ngành đào tạo
Theo kế
hoạch
Thực tế đạt
được
Ghi chú
(Thời gian
kết thúc)
1 Thạc sỹ 03 03
- 01 kết thúc
2008.
- 02 kết thúc
2010
2 Tiến sỹ 0 0
- Lý do thay đổi (nếu có):
10
đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống
cây trồng:
Kết quả
Số
TT
Tên sản phẩm
đăng ký
Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Ghi chú
(Thời gian
kết thúc)
1
01 0
2
- Lý do thay đổi (nếu có):
e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế
Số
TT
Tên kết quả
đã được ứng dụng
Thời gian
Địa điểm
(Ghi rõ tên,
địa chỉ nơi
ứng dụng)
Kết quả
sơ bộ
1 Thử nghiệm ứng dụng
anôt trơ trong bảo vệ
catôt chống ăn mòn trụ
cầu Bến Thuỷ
2008 Cầu Bến
Thuỷ, Thành
phố Vinh
Anôt hoạt động
tôt. Bảo vệ tốt
phần ngập nước.
Diện tích bảo vệ
phần trên mớm
nước hẹp, phân
bố dòng kém.
2 Xử lý nước thải chứa
stypnat chì bằng
phương pháp điện hoá
2009 Nhà máy
Z121, Bộ
Quốc phòng
Lắp đặt 8/2009.
Hệ thống xử lý
hoạt động bình
thường.
3 Xử lý nước thải chứa
stypnic axit TNR
2009 Nhà máy
Z121, Bộ
Quốc phòng
Lắp đặt
12/2009.
2. Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:
a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:
(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình
độ công nghệ so với khu vực và thế giới…)
Anôt trơ DSA trên cơ sở hỗn hợp ôxit kim loại phủ trên nền titan với các
11
thành phần và hàm lượng các ôxit trong lớp phủ khác nhau có những tích chất
ưu việt như độ dẫn cao, xúc tác hoạt hoá cho quá trình thoát clo hoặc thoát
ôxy, có tốc độ hao mòn rất thấp trong các môi trường dưới tác động của dòng
anôt nên khả năng ứng dụng trong các quá trình điện hoá là rất lớn như công
nghiệp hoá chất, điện phân xút-clo, ứng dụng trong bảo vệ catôt bằng dòng
điện ngoài cho các công trình trong nước biển, trong đất, trong nước ngọt và
trong xử lý môi trường: x
ử lý nước thải công nghiệp, các thiết bị sản xuất
nước khử trùng, thẩm điện phân Nếu áp dụng được vào thực tế sẽ mang lại
hiệu quả kinh tế, không phải nhập của nước ngoài, tiết kiệm được ngoại tệ,
chủ động trong việc chế tạo anot với các kích thước và hình dáng khác nhau,
đáp ứng kịp thời cho sản xuất.
Công nghệ xử lý nước thả
i công nghiệp bằng phương pháp điện hoá không
tạo ra sản phẩm phụ gây ô nhiễm môi trường và thường được gọi là công nghệ
xanh. Các nhà máy hoá chất thuộc Bộ Công nghiệp, Tổng cục CNQP, Tổng
cục Kỹ thuật Bộ quốc phòng, các cơ sở xi mạ vật liệu nổ thuộc Tổng cục
CNQP, các nhà máy dệt, nhựa, gỗ, giấy sản xuất thuốc BVTV… là những cơ
sở có nhu cầu về
xử lý nước thải bằng phương pháp điện hoá. Việc áp dụng
các qui trình xử lý nước thải bằng phương pháp điện hóa sẽ có tác dụng tích
cực đến việc bảo vệ môi trường.
Nâng cao trình độ cán bộ trong lĩnh vực vật liệu anôt và lĩnh vực công
nghệ điện hoá đặc biệt về công nghệ xử lý nước thải công nghiệp bằng
phương pháp điện hoá. Đ
ào tạo 03 Thạc sỹ trong chuyên ngành điện hoá và
môi trường.
b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:
(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với
các sản phẩm cùng loại trên thị trường…)
12
3. Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:
Số
TT
Nội dung
Thời gian
thực hiện
Ghi chú
(Tóm tắt kết quả, kết luận
chính, người chủ trì…)
I Báo cáo định kỳ
Lần 1: - 31/11/2007
Lần 2: 12/5/2008
Lần 3: 12/12/2008
II Kiểm tra định kỳ
Lần 1: 05/12/2007
Lần 2: 06/06/2008
Lần 3: 13/03/2009
III Nghiệm thu cơ sở 28/12/2009
Chủ nhiệm đề tài
(Họ tên, chữ ký)
Nguyễn Ngọc Phong
Thủ trưởng tổ chức chủ trì
(Họ tên, chữ ký và đóng dấu)
Nguyễn Quang Liêm
i
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Báo cáo thống kê
Mục lục i
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt vii
Danh mục các bảng biểu viii
Danh mục các hình vẽ, đồ thị xi
Mở đầu 1
Chương 1. Tổng quan 7
1.1. Anôt trơ và các ứng dụng của chúng 7
1.1.1. Giớ
i thiệu điện cực anôt trơ 7
1.1.2. Tích chất của anôt trên cơ sở các ôxit kim loại chuyển tiếp dẫn điện 10
1.1.2.1. Tính chất hoá lý của ôxit kim loại chuyển tiếp 10
1.1.2.2. Tính chất điện hoá của anôt trên cơ sở ôxit kim loại chuyển tiếp
dẫn điện 13
1.1.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của anôt 22
1.1.2.4. Chế tạo điện cực anôt ôxit bằng phương pháp phân huỷ nhiệt 26
1.1.3. Một số ứng dụng của điện cực anôt trơ trong công nghệ điện hoá 27
1.2. Điện hoá trong xử lý môi trường 29
1.2.1. Các kỹ thuật điện hoá cho xử lý nước thải 29
1.2.1.1. Kết tủa điện hoá 30
1.2.1.2. Keo tụ điện hoá 30
1.2.1.3. Tuyển nổi điện 31
1.2.1.4. Ôxy hóa điện hóa 31
1.2.2. Vật liệu anôt 33
1.2.3. Công nghệ điện hoá để xử lý nước thải chứa các chất hữu cơ độc hại 35
1.2.3.1. Nước thải khó phân hủy 35
ii
1.2.3.2. Các kỹ thuật phân hủy hóa-lý các chất khó phân hủy (refractory)
bằng vi sinh 36
1.2.3.3. Xử lý điện hóa 37
1.2.4. Một số các chất hữu cơ độc hại khó phân huỷ cần quan tâm 38
1.2.4.1. Nước thải chứa các chất họ phenol 38
1.2.4.2. Nước thải bị nhiễm các chất thuốc nổ TNT, TNR, NG 40
Chương 2. Phương pháp nghiên cứu 51
2.1 Các phương pháp nghiên cứu 51
2.1.1. Các phương pháp vật lý 51
2.1.1.1. Phương pháp nhiệt vi sai và trọng lượng vi sai 51
2.1.1.2. Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X 51
2.1.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 52
2.1.2. Các phương pháp điện hoá 52
2.1.2.1. Phương pháp dòng ổn định 52
2.1.2.2. Phương pháp thế ổn định 54
2.1.2.3. Phương pháp phân cực vòng 54
2.1.3. Các phương pháp phân tích thành phần dung dịch 56
2.1.3.1 Phương pháp sắc ký lỏng cao áp 56
2.1.3.2. Phươ
ng pháp sắc ký khí, sắc ký khí khối phổ 57
2.1.3.3. Phương pháp đo phổ UV-Vis 57
2.1.3.3. Phương pháp xác định nhu cầu ôxy ôxy hoá học COD 58
2.1.4. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu quả điện
phân 59
2.2. Quy trình chế tạo mẫu 59
2.2.1. Vật liệu để chế tạo mẫu 59
2.2.2. Quy trình tạo mẫu 59
Chương 3. Nghiên cứu chế tạo anôt trơ
iii
3.1. Nghiên cứu chế tạo anôt trơ Ti/RuO
2
-TiO
2
cho quá trình thoát clo 62
3.1.1. Quá trình phân huỷ nhiệt của các muối kim loại 62
3.1.2. Ảnh hưởng của thành phần lớp phủ và nhiệt độ nung đến cấu trúc và
hình thái bề mặt mẫu 67
3.1.3. Ảnh hưởng của thành phần và nhiệt độ nung đến độ hoạt hoá của anôt73
3.1.4. Tính chất điện hoá của anôt Ti/RuO
2
-TiO
2
79
3.1.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng RuO
2
đến quá trình thoát clo trên anôt79
3.1.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến đường cong phân cực
anôt của điện cực Ti/RuO
2
(30%)-TiO
2
80
3.1.5. Độ bền điện hoá của hệ anôt Ti/RuO
2
-TiO
2
83
3.1.5.1. Đánh giá độ bền ăn mòn của anôt bằng phương pháp phân
cực dòng ổn định 83
3.1.5.2. Ảnh hưởng của lớp trung gian và biện pháp xử lý bề mặt nền
titan đến độ bền của anôt 88
3.1.6. Ảnh hưởng của IrO
2
đến độ bền điện hoá của anôt Ti/IrO
2
-RuO
2
-TiO
2
91
3.1.6.1. Ảnh hưởng của thành phần lớp phủ 91
3.1.5.2. Ảnh hưởng của dung dịch phủ-chất mang kim loại 93
3.2. Nghiên cứu anôt trơ trên cơ sở hỗn hợp ôxit IrO
2
-Sb
2
O
5
-SnO
2
cho quá trình thoát ôxy 96
3.2.1. Nhiệt độ phân huỷ của các muối kim loại 96
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng IrO
2
và nhiệt độ nung đến cấu trúc
và hình thái bề mặt mẫu 99
3.2.3. Tính chất điện hoá của anôt Ti/IrO
2
-Sb
2
O
5
-SnO
2
104
3.2.3.1. Hệ số Tafel của phản ứng thoát ôxy trên bề mặt anôt
có chứa IrO
2
104
3.2.3.2. Độ hoạt hóa của anôt với hàm lượng IrO
2
khác nhau 107
3.2.4. Độ bền điện hoá của anôt Ti/IrO
2
-Sb
2
O
5
-SnO
2
111
iv
Chương 4. Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ độc hại khó phân huỷ
4.1. Nghiên cứu ôxy hoá điện hoá phenol, chlorophenol cho xử lý nước thải 115
4.1.1. Quá trình giải phóng ôxy trên anôt 115
4.1.2. Tính chất điện hoá của phenol, chlorophenol 118
4.1.3. Nghiên cứu quá trình điện phân phenol, chlorophenol 121
4.1.3.1. Ảnh hưởng của vật liệu anôt đến khả năng ôxy hoá 121
4.1.3.2. Ảnh hưởng của NaCl đến quá trình ôxy hoá 125
4.1.3.3. Ảnh hưởng của mật độ dòng 129
4.1.4. Nghiên cứu các biện pháp làm giảm sự khử ho
ạt hoá bề mặt anôt 131
4.1.4.1. Hiện tượng tạo màng thụ động trên bề mặt điện cực 131
4.1.4.2. Phân cực anốt 133
4.1.4.3. Phân cực catôt 136
4.1.4.4. Phụ gia EDTA 136
4.2. Nghiên cứu xử lý nước thải chứa các chất gây nổ 138
4.2.1. Nghiên cứu đặc điểm quá trình điện hóa của TNT, TNR, NG
trên điện cực anốt trơ Ti/TiO
2
RuO
2
IrO
2
(MeO
2
) trong điều kiện
không có màng ngăn 138
4.2.1.1. Một số đặc trưng quang phổ, sắc ký của dung dịch TNT
trước điện phân 138
4.2.1.2. Nghiên cứu đặc điểm quá trình điện phân TNT trong
điều kiện không có màng ngăn 142
4.2.1.3. Nghiên cứu đặc điểm quá trình điện phân TNR trong
điều kiện không có màng ngăn 152
4.2.1.4. Đặc điểm quá trình điện phân của NG trong điều kiện
không có màng ngăn 161
4.2.2. Khảo sát đặc điểm quá trình điện phân TNT, TNR, NG trên điện cực
anốt trơ Ti/TiO
2
RuO
2
IrO
2
trong điều kiện có màng ngăn 163
v
4.2.2.1. Khảo sát quá trình điện phân TNT trong điều kiện có
màng ngăn 163
4.2.2.2. Đặc điểm quá trình khử catôt của TNR trong bình có
màng ngăn 169
4.2.2.3. Đặc điểm quá trình khử catôt của NG trong bình có màng ngăn.171
4.2.3. Khảo sát quá trình oxy hóa các sản phẩm amin thơm sau khi
được khử catot trong bình có màng ngăn 172
4.2.3.1. Ôxy hóa trực tiếp TNT, TNR và NG trên anot trơ 172
4.2.3.2. Ôxy hóa các sản phẩm amin thơm sau khi TNT, TNR và NG
được khử catot 173
4.2.4. Kết quả nghiên cứu, so sánh đặc điểm và hiệu suất phân huỷ
TNT, TNR trong hai hệ
điện phân : hệ sử dụng anôt graphít và
hệ sử dụng anôt MeO
2
173
4.2.4.1. Kết quả nghiên cứu khảo sát so sánh đặc điểm và hiệu suất
phân hủy TNT trên hệ điện phân sử dụng anốt graphít và
anốt
MeO
2
173
4.2.4.2. Kết quả nghiên cứu khảo sát so sánh đặc điểm và hiệu suất
phân hủy TNR trên hệ điện phân sử dụng anốt graphít và
anốt MeO
2
177
4.2.4.3. Nghiên cứu đề xuất phương án áp dụng vào thực tiễn kết quả
nghiên cứu điện cực anốt trơ MeO
2
179
4.2.4.4. Xây dựng quy trình xử lý nước thải nhiễm stypnic axit,
stypnat chì 181
Chương 5. Các kết quả đạt được
5.1. Các sản phẩm dạng I 187
5.1.1. Vật liệu anôt trơ Ti/IrO
2
/RuO
2
-IrO
2
-TiO
2
187
5.1.2. Vật liệu anôt trơ Ti/IrO
2
/IrO
2
-Sb
2
O
5
-SnO
2
187
5.2. Các sản phẩm “Dạng II” 188
vi
5.2.1. Quy trình công nghệ chế tạo điện cực anôt trơ Ti/IrO
2
/RuO
2
IrO
2
TiO
2
188
5.2.2. Quy trình công nghệ chế tạo điện cực anôt trơ Ti/IrO
2
/IrO
2
Sb
2
O
5
SnO
2
191
5.2.3. Quy trình công nghệ xử lý nước thải nhiễm TNR trong phòng thí
nghiệm 195
5.2.4. Quy trình công nghệ xử lý nước thải nhiễm stypnic axit TNR 200
5.2.5. Quy trình công nghệ xử lý nước thải nhiễm stypnat chì 208
5.3. Các sản phẩm “Dạng III” 216
5.3.1. Các bài báo và báo cáo khoa học 216
5.3.2. Đào tạo 217
5.4. Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp 217
5.5. Tác động của đề tài đối vớ
i kinh tế, xã hội và môi trường 217
Kết luận 219
Kiến nghị 220
Tài liệu tham khảo 221
vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1. Các chữ viết tắt.
COD : Nhu cầu ôxy hoá học
CVD : Lắng đọng pha hơi hoá học
DSA : Điện cực anôt trơ
DTA : Phân tích nhiệt vi sai
TGA : Phân tích trọng lượng vi sai
EOI : Chỉ số ôxy hoá điện hoá
ICE : Hiệu suất dòng tức thời
SCE : Điện cực so sánh calomel bão hoà
SEM : Ảnh kính hiển vi điện tử quét
TGA : Phân tích trọng lượng vi sai
XRD : Nhiễu xạ tia X
NHE : Điện thế hydro tiêu chuẩn
HPLC : Sắc ký lỏng cao áp
GC-MS : Sắc ký khí kh
ối phổ
UV-Vis : Phổ UV
2. Các ký hiệu.
ρ : Điện trở suất
λ : Bước sóng
θ : Góc phản xạ Bragg
η : Quá thế
E : Điện thế
E
cb
: Điện thế cân bằng
I : Dòng điện
R : Điện trở
T : Nhiệt độ
viii
U : Hiệu điện thế
b : Hệ số Tafel
i : Mật độ dòng điện
n : Bậc phản ứng
q : Điện tích
t : Thời gian
v : Tốc độ quét thế
ix
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các thông số cấu trúc của một số điôxit kim loại chuyển tiếp.
Bảng 1.2: Các thông số dẫn điện của một số điôxit kim loại.
Bảng 1.3. Điện tích tiêu thụ q (mC/cm
2
) của điện cực phủ RuO
2
và
RuO
2
(30%)+TiO
2
được xác định bằng phương pháp thế-thời gian
(a) và phương pháp phân cực vòng (b).
Bảng 1.4: Một số vật liệu anôt ôxit được chế tạo bằng phương pháp phân huỷ
nhiệt.
Bảng 1.5: Một số quá trình điện hoá sử dụng anôt phủ ôxit kim loại.
Bảng 1.6: Điện thế thoát ôxy trên các anôt khác nhau.
Bảng 1.7: Điện thế tạo thành của một số cặp ôxy hóa khử.
Bảng 1.8. Sự ô nhiễm TNT trong môi trườ
ng không khí và nước thải ở một số
phân xưởng xử lý, thu hồi, gia công và sản xuất thuốc nổ công
nghiệp
Bảng 3.1: Điện tích q được xác định theo phương pháp phân cực vòng trong
khoảng điện thế 0-800 mV[SCE] của các lớp phủ khác nhau trong
1M H
2
SO
4
. Tốc độ quét thế 50 mV/s.
Bảng 3.2: Điện tích của điện cực Ti/RuO
2
(15%)IrO
2
(15%)TiO
2
và điện cực có
lớp phủ trung gian Ti/IrO
2
/RuO
2
(15%)IrO
2
(15%)TiO
2
nung ở các
nhiệt độ khác nhau.
Bảng 3.3: Các thông số góc phản xạ Bragg 2
θ
và khoảng cách giữa 2 mặt liền
kề d của mẫu Ti/IrO
2
-Sb
2
O
3
-SnO
2
trước và sau khi xử lý nhiệt.
Bảng 3.4: So sánh thời gian sống của một số anôt khác nhau
Bảng 4.1: Ảnh hưởng của pH đến quá trình ôxy hoá phenol. C = 5mM, tốc độ
quét thế 50 mV/s.
Bảng 4.2: Ảnh hưởng của pH đến quá trình ôxy hoá chlorophenol. C = 5mM,
tốc độ quét thế 50 mV/s.
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của nồng độ TNT ban đầu tới hiệu suất (
η
, %) và thời
gian phân hủy hoàn toàn TNT (t
đpht
, phút) (pH= 7, C
NaCl
= 3g/l, I
d
=
1A/dm
2
, t
0
= 25
0
C)
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy TNT (C
TNT
=30 mg/l,
C
NaCl
= 3g/l, I
d
= 1A/dm
2
, t
0
= 25
0
C)
x
Bảng 4.5. Hiệu quả phân huỷ TNT trong đệm axetat (pH=4,26),(C
TNT
=30 mg/l,
I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C)
Bảng 4.6. Ảnh hưởng của mật độ dòng tới hiệu suất phân hủy TNT (C
TNT
=30
mg/l, pH= 7, C
NaCl
= 3g/l, t
o
= 25
o
C, t
đp
= 30 phút)
Bảng 4.7. Ảnh hưởng của C
NaCl
tới hiệu suất phân hủy TNT (C
TNT
=30 mg/l,
pH= 7, I
d
=1 A/dm
2
, t
0
= 25
0
C, t
đp
= 60 phút)
Bảng 4.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất phân huỷ TNT (C
TNT
=30 mg/l,
pH= 7, I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l, t
đp
= 60 phút)
Bảng 4.9. Ảnh hưởng của thời gian điện phân và bản chất điện cực catốt tới
hiệu suất phân hủy TNT (
η
, %), MeO
2
(A),(C
TNT
=30 mg/l, pH= 7,
I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C)
Bảng 4.10. Ảnh hưởng của nồng độ TNR ban đầu tới hiệu suất (
η
, %) và thời
gian phân huỷ hoàn toàn TNR. (I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C,
pH = 6)
Bảng 4.11. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân hủy TNR (C
TNR
=30 mg/l,
C
NaCl
= 3g/l, I
d
= 1A/dm
2
, t
0
= 25
0
C, t
đp
= 5 phút)
Bảng 4.12. Ảnh hưởng của mật độ dòng tới hiệu suất phân hủy TNR (C
TNR
=30
mg/l, pH= 6, C
NaCl
= 3g/l, t
0
= 25
0
C, t
đp
= 4 phút)
Bảng 4.13. Ảnh hưởng của nồng độ NaCl tới hiệu suất phân hủy TNR (C
TNR
=30
mg/l, pH= 6, I
d
=1 A/dm
2
, t
0
= 25
0
C, t
đp
= 5 phút)
Bảng 4.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất phân hủy TNR (C
TNR
=30 mg/l,
pH= 6, I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C, t
đp
= 5 phút)
Bảng 4.15. Ảnh hưởng của bản chất catốt tới hiệu suất phân hủy TNR ,hệ
không màng ngăn, MeO
2
(A)/KL (K), (C
TNR
=30 mg/l, pH= 6, I
d
=1
A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C, t
đp
= 5 phút)
Bảng 4.16. Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất phân hủy NG (hệ Sn(A)/Ti(K)),
(C
NG
= 54mg/l, I
d
=1 A/dm
2
, C
NaCl
= 3g/l, t
0
= 30
0
C)
Bảng 4.17. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất phân hủy NG (hệ Sn(A)/Ti(K)),
(C
NG
= 54mg/l, I
d
=1 A/dm
2
, C
NaCl
= 3g/l, pH = 7, t
dp
= 60ph)
Bảng 4.18. Ảnh hưởng của C
NaCl
tới hiệu suất phân hủy NG (hệ Sn(A)/Ti(K)),
(C
NG
= 54mg/l, I
d
=1 A/dm
2
, t
0
= 30
0
C, pH = 7, t
dp
= 60ph)
Bảng 4.19. Ảnh hưởng của I
d
tới hiệu suất phân hủy NG (hệ Sn(A)/Ti(K)), (C
NG
= 54mg/l, C
NaCl
= 3g/l, t
0
= 30
0
C, pH = 7, t
dp
= 60ph)
xi
Bảng 4.20. Ảnh hưởng của thời gian điện phân và bản chất điện cực catot tới
hiệu suất phân hủy NG (hệ Sn(A)/Ti(K)), (C
NG
= 54mg/l, I
d
=1
A/dm
2
,
C
NaCl
= 3g/l, t
0
= 30
0
C, pH = 7)
Bảng 4.21. Hiệu quả phân huỷ TNT trong hệ có màng ngăn sử dụng dung dịch
không phải là đệm, MeO
2
(A)/MeO
2
(K), (C
TNT
=60 mg/l, pH= 3,
I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C)
Bảng 4.22. Hiệu quả phân huỷ TNT trong hệ có màng ngăn sử dụng dung dịch
đệm axetat (pH= 4,03), điện cực MeO
2
(A)/MeO
2
(K), (C
TNT
=60
mg/l, I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C)
Bảng 4.23. Ảnh hưởng của pH ban đầu tới hiệu suất phân huỷ TNT trong hệ có
màng ngăn, MeO
2
(A)/MeO
2
(K)
Bảng 4.24. Ảnh hưởng của bản chất catốt tới hiệu suất khử TNT, (C
TNT
=60
mg/l, I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C)
B¶ng 4.25. Mét sè th«ng sè qu¸ tr×nh khö catot cña NG, Id=1A/dm
2
, CnaCl
=3g/l; t
0
=30
0
C
Bảng 4.26. Một số thông số quá trình điện cực của NG trong hệ có màng ngăn.
Id=1A/dm
2
, C NaCl=3g/l; t
0
=30
0
C.
Bảng 4.27. Hiệu suất phân hủy (
η
, %) của TNT trong hệ điện cực MeO
2
(A)/KL
(K) và Gf (A)/KL (K). (C
TNT
=30 mg/l, pH= 7, I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
=
3g/l, t
0
= 25
0
C)
Bảng 4.28. Ảnh hưởng của thời gian và bản chất anốt, catốt tới hiệu suất phân
huỷ TNT trong hệ không màng ngăn.(C
TNT
=90 mg/l, pH= 7, I
d
=2
A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C)
Bảng 4.29. Hiệu suất phân hủy (
η
, %) của TNR trong hệ điện cực anốt Gf
(C
TNR
=30 mg/l, pH= 6, I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C)
Bảng 4.30: Hiệu suất phân hủy (
η
, %) của TNR trên anốt Ti/TiO
2
RuO
2
IrO
2
(C
TNR
=30 mg/l, pH= 6, I
d
=1 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l , t
0
= 25
0
C, t
đp
= 5
phút)
Bảng 4.31. Hiệu suất phân hủy (
η
, %) của TNR trên anốt Gf và MeO
2
(C
TNR
=90
mg/l, pH= 6, I
d
=2 A/dm
2
,C
NaCl
= 3g/l, t
0
= 25
0
C )
Bảng 4.32. Giá trị COD của dung dịch TNT theo thời gian điện phân, hệ
MeO
2
(A)/MeO
2
(K), pH=7, I
d
=1 A/dm
2
, C
NaCl
= 3g/l, t
0
= 25
0
C.
Bảng 4.33: Kết quả phân tích mấu nước thải TNR của Nhà máy Z121 trước và
sau điện phân tại Pilot phòng thí nghiệm
xii
Bảng 4.34: Kết quả phân tích mấu nước thải TNR của Nhà máy Z121 trước và
sau điện phân tại Pilot Nhà máy
Bảng 4.35: Kết quả phân tích mấu nước thải stypnat chì của Nhà máy Z121
trước và sau điện phân tại Pilot của Nhà máy
